過年好喜氣:奈米金讓黃金變成五顏六色

2021.02.11 08:40AM
照片中包含了黃金珠寶、金、珠寶店、首飾、項鍊
奈米這個詞相信大家都耳熟能詳,
而黃金也有所謂的「奈米金」!
當黃金變身為奈米金會呈現紅色或是藍紫色,
為什麼奈米金不是我們所熟悉的金色呢?
奈米金在生活當中又有哪些應用呢?快來看看吧!
 
 
 
Photo credit: Nawalescape via pixabay CC0

市面上有許多奈米相關的產品,例如奈米口罩、奈米空氣清淨機、奈米鞋、奈米襪等,但何謂「奈米」呢?奈米又稱納米,是長度單位,1 奈米等於十億分之一公尺,也就是10的-9次方公尺,通常材料尺寸小於 100 奈米時,稱為「奈米材料」。而當一種材料的尺寸微小化到奈米程度時,它的物理及化學性質都會有大幅度的變化。
 
奈米的用途非常廣泛,到處都可看到它的蹤跡,而黃金也不例外,可變身為「奈米金」!奈米金(nanogold),又稱膠態金(colloidal gold),因為它在空氣中容易聚集成為塊材黃金,所以一般都把奈米金放於在溶液中保存。在溶液中,尺寸大小低於100奈米的膠態金常帶有強烈的紅色,而尺寸大小高於100奈米的膠態金粒子則使溶液呈藍紫色。
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Photo creadit: Nikonianman. via wikipedia, CC BY-SA 4.0

你們一定都很疑惑,為什麼低於100奈米的奈米金,顏色是紅色或是酒紅色的呢?黃金不是應該是金色或是偏黃色的嗎?奈米金會轉為紅色,主要原因是表面電漿子共振就發生在近紅外光的範圍,也就是說特別與520 nm 波長附近的光產生電漿共振,吸收這些光的能量之後,奈米金粒子的自由電子雲會被極化,與光波的頻率震盪,因而使波長較長(紅移)的散射。
 
我們可以藉由調控金屬奈米粒子的形狀和大小,來達到特而定波長的光波散射與吸收。當奈米微粒的尺寸減小時,它們的吸收光譜和發射光譜發生藍移,若奈米微粒的尺寸增大時,則會產生紅移。因此,奈米金的顏色隨其直徑大小和周圍化學環境的不同而呈現紅色,甚至越來越深變成紫色。不同大小的金粒子的顏色都不一樣!所以不要再說金只有一個顏色囉~
 
由於金奈米粒子特殊的性質、電子性質、分子識別性質與良好的生物相容性,目前它已被運用於以下領域中:
醫學檢測:由於金有良好的生物相容性,且奈米化的金表面具有特殊效應,易與硫氫基結合,所以奈米金常用於生物醫學上的檢測、疾病診斷及基因偵測。此外也有科學家利用奈米金結合特殊的抗體,用來做為標的癌細胞的工具。
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Photo creadit: Brookhaven National Laboratory. via flickr, CC BY NC ND 2.0

​• 驗孕棒:奈米金容易與蛋白質結合,如抗體、酵素或細胞激素,而懷孕的女性會分泌特殊的荷蒙Hcg(human Chorionic Gonadotropin,人絨毛膜促性腺激素),因此把懷孕女性的尿液滴在含有奈米金試劑的驗孕棒上,hCG 荷爾蒙便會與奈米金反應呈現紅寶石色,如此就可判斷懷孕與否。
 
藥物釋放:將設計好的矽晶片做為基材容器,把要傳送的藥物填充在容器中,再將300奈米厚的奈米金薄膜覆蓋於容器上,並把晶片植入或吞入體內,接著只要經由微處理器控制晶片釋放微弱的電壓,便可使金薄膜溶解,把一定量的藥物釋放出來,可控制每一藥劑釋放的時間及地點。
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Photo credit: qimono via pixabay CC0

​• 關節炎治療:金的複合物長久以來便被當作一種調節關節炎的藥物,但部分病人會引起有害的副作用。而科學家發現換成奈米金去做施打,會誘發類風濕性關節炎的內皮細胞生長因子結合,並抑制血管新生,達到抗關節炎的效果。
 
觸媒應用:奈米金能把一氧化碳氧化成二氧化碳的觸媒,因此可利用於口罩、防毒面具、熱水器等,防止一氧化碳中毒。
 
奈米黃金目前已成為了最廣泛被研究的金屬奈米材料,在電子學、生化感測、光學偵測、醫療藥物、催化反應都能看到它的身影,但其實奈米並不是現代的新發明,人類很早就開始運用奈米材料,像是西元前4~5世紀的羅馬酒杯含有奈米金及奈米銀成分,表面在光線照射下呈現綠色,當光源由酒杯內透射出來,酒杯則呈紅寶石色!中古世紀歐洲教堂的彩繪玻璃、歐洲文藝復興時期的義大利彩釉,以及兩千年前的古希臘和羅馬人的染髮劑,能維持長久不變色,科學家在被染黑的頭髮裡發現了5奈米大小的黑色硫化鉛奈米晶體,以上都是古代奈米應用的實例。
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Photo credit: Lycurgus Cup via wikimedia

​了解完了奈米金的小知識,大家喜歡一般的黃金顏色,還是奈米化後的金呢?小編自己還是覺得黃金的顏色比較好看~ 有富貴人家的味道!
 
 
By 愛爆黃金的Ca小編 & 覺得古代奈米應用好威的Lu
 
 
延伸閱讀:
元素079 – 金 Au
小小煉金術師底加!耐金屬貪銅菌是也
永不褪色的顏色-結構色!
 
參考資料:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1319016410000654
https://scitechvista.nat.gov.tw/c/s2Vq.htm
https://nano.nstm.gov.tw/nanomuseum/A2_introduction.html

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